模具设计,可以先设计模芯再设计模套,也可以先设计模套再设计模芯。为了较少设计验证次数,一般先设计模套再设计模芯。
我们以65型挤出机机头来举例,已知机头装配尺寸,要求设计模芯、模套。
经测绘,得65型挤出机模头尺寸。
1、先设计模套,根据模套拆装要求,其伸出模头的长度约10mm,则得到模套的总长10+20=30mm;
2、确定模套内锥最大外径=Φ25mm;
3、根据要求,确定模套定径区直径ΦD;
4、取定径区长度=0.5D;
5、计算模套内锥半角γ/2=ATAN((25-D)/(2*(30-0.5D))*180/PI();绘制模套的草图(见图10);
6、因采用挤压式,模芯与模套的模间距L=2δ厚度;
7、选模头右边平面为基准面A,模芯口至基准面A的距离=10-2δ厚度;
8、为模芯拆卸方便以及模芯强度,选模芯伸出模头左边约10mm,则可以得到模芯总长=10+(10-2δ厚度)+65;
9、绘制模芯草图(如图)
10、为便于调节偏芯,模芯螺纹长度一般取8~10mm,即b=8mm;
11、根据模头尺寸结构,取d4=18mm;
12、根据第8条,我们知道模芯伸出模头左侧10mm,则a+b=27+10=37mm,a=37-b=37-8=31mm;
13、为保证调偏螺钉能正面受力在模芯上,一般c取12~15mm,即c=15mm;
14、根据线芯大小,我们确定模芯定径区直径d1=d线芯+(0.2~0.5) mm,取d1=d线芯+0.2 mm,那么模芯外锥最小外径d2=d1+0.5*2=d线芯+1.2 mm;
15、那么根据以上数据,我们可以得出模芯外锥部分的长度=L-a-b-c=10+(10-2δ厚度)+65-31-8-15=31-2δ厚度 mm;
16、根据锥角计算公式,求的模芯外锥角β= ATAN((18- d线芯+1.2)/(2*(31-2δ厚度))*180/PI()
17、将计算出模芯的锥角β与计算的模套外锥角γ比较,看看其差值是不是符合我们设计要求,若在设计范围内,设计成功,绘制零件图;若有出入,再次循环以上内容,直至符合设计要求为止,但必须保证在满足角度的前提下,还必须满足装配上的要求。
以上,我们是用最简单的65型挤出机模具设计来举的一个例子,实际中比以上设计要复杂多,但万变不离其中,请大家在设计时,必须根据机头的装配图及零件图的尺寸来合理设计。具体步骤大致如下:
1、根据机头的零件图设计模套:
1.1 先根据给定一个角度以及模套不要伸出机头太长的原则,将模套的总长确定;
1.2 根据机头零件图,确定模套装配尺寸,包括模套内锥最大外径、模套外径等尺寸;
1.3 根据产品工艺要求,暂现确定模套孔径及定径区长度;
1.4 根据确定好的模套各数据,计算出模套的内锥角。
2、根据机头装配图、模芯座零件图以及设计好的模套,来设计模芯:
2.1 首先确定挤出类型:挤压式、挤管式、半挤管式,确定好模芯与模套的距离;
2.2 在机头装配图中,选择一个基准面,以基准面来计算相关长度;
2.3 得到模芯的长度后,根据模芯座的结构尺寸确定模芯装配尺寸;
2.4 根据线芯规格确定模芯孔径以及模芯外锥最小外径等尺寸; 2.5 根据获得的模芯的相关数据计算处模芯外锥锥角,并验证与模套的角度差是否符合设计要求;
3、根据模芯、模套的相关尺寸绘制零件图,加工使用验证。
3.6 下面,我们再简单介绍挤出机螺杆的压力及出胶量等方面的知识,供大家参考:
3.6.1普通挤出机用等距不等深螺杆(渐变型螺杆)的出胶量计算公式:
Q= (u×b×h1×h2) /( h1+h2) –(b×g×p×h12×h22)/( b×η×L×(h1+h2))
其中:Q:挤出量 cm3/min
u:螺杆在推进方向的速度(即螺杆转速)cm/min
b:螺槽的宽度(法向)cm
h1:填实点螺杆深度(进料口螺杆深度)cm
h2:端部螺杆深度(出料口螺杆深度)cm
g:重力加速度 cm/min
η:塑料的粘度 kg/cm·min
p:挤出压力 kg/cm2
L:从填实点到端部螺纹展开长度(螺纹旋合长度)cm
从上式中,我们可以发现:
1、挤出压力越大,挤出量就越小;
2、螺槽深度越浅,挤出量越稳定;
3、螺槽宽度越大,挤出量越大,但宽度加大会使得螺纹宽度减小或塑化路径缩短;
4、螺纹深度要适当控制,螺纹深度越浅,则螺槽容积减小,挤出量减小,故太浅不行,但也不宜太深,太深则形成挤出量不稳定;
3.6.2塑料在螺杆中呈螺旋运动,螺杆旋转产生剪切力,产生的剪切力将塑料剪切塑化,不同的材料需要不同的剪切力,才能达到理想的塑化效果,故使用不同的材料,螺杆也应不同。产生的剪切应变率的大小是由螺杆与套筒间的剪切应变力所决定。
Δ=(π×D×N)/h
其中:Δ:剪切应变率(1/min)
h:螺槽深度(cm)
D:螺杆直径(cm)
N:螺杆转速(转/min)
由此可见:螺槽深度越浅,转速越高,剪切应变率就越大。
3.6.3挤出压力传输关系
塑料在挤出中的流向为:螺杆 -- 机头分流面--模具--线芯表面。
从上面的流程中,我们分析出:
1、从螺杆到分流面的压力是靠挤出机螺杆的剪切力及旋转推力产生的,将其压力视为零损耗,那么它就是面积的转换:
分流面压缩比K1=S螺杆筒末端截面/S分流面截面
2、从分流面到模具口的压力是靠模具的角度差产生的:
模具口压缩比K2= K1×(1+tanα)×K损耗
α—模套与模芯的角度差;
K损耗—塑料在行程中的损耗。
3、从模具到线芯表面是靠1和2的压力将塑料挤出的:
分流面与电缆出口压缩比K3= S螺杆筒末端截面/S塑料实际挤出截面,考虑到在模具配合中压力变化的复杂性,直接用分流面变化到线芯。
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